Question

17．硫酸是工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的產(chǎn)品之一，在化學(xué)工業(yè)的很多領(lǐng)域都要用到硫酸，如橡膠的硫化、表面活性劑“烷基苯硫酸鈉”的合成，鉛蓄電池的生產(chǎn)等．工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的流程圖如圖1：

請(qǐng)回答下列問題
（1）在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，我國(guó)采用黃鐵礦為原料生產(chǎn)SO₂，已知1gFeS₂完全燃燒放出7.2kJ的熱量FeS₂燃燒反應(yīng)的熱化學(xué)方程式4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3456kJ/mol．
（2）為了有利于SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃，且能充分利用熱能，采用在具有多層催化劑且又熱交換的接觸室（填儀器名稱）中進(jìn)行反應(yīng)．在如圖2所示的裝置中，A處氣體進(jìn)入裝置前需凈化的原因是防止催化劑中毒、水蒸氣對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響．
（3）精制爐氣（含有SO₂體積分?jǐn)?shù)為7%、O₂為11%、N₂為82%）中SO₂平衡 轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)關(guān)系如圖3所示、在實(shí)際生產(chǎn)中，SO₂催化氧化反應(yīng)的條件選擇常壓、450°C左右（對(duì)應(yīng)圖中A點(diǎn)）：而沒有選擇SO₂轉(zhuǎn)化率更高的B或C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)條件，其原因分別是：不選B點(diǎn)，因?yàn)閴簭?qiáng)越大對(duì)設(shè)備的投資越大，消耗的動(dòng)能大，二氧化硫原料的轉(zhuǎn)化率在1個(gè)大氣壓時(shí)已達(dá)97%左右，再提高壓強(qiáng)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高余地很小，所以采用1個(gè)大氣壓、不選C點(diǎn)，因?yàn)闇囟仍降�，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率雖然更高，但是催化劑的催化效率受到影響，450°C時(shí)，催化劑的催化效率最高，所以選擇A點(diǎn)，不選C點(diǎn)．

（4）已知：焙燒明礬的化學(xué)方程式4KAl（SO₄）2•12H₂O+3S═2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O．
焙燒711t明礬（M=474g/mol），若 SO₂的利用率為95%，可生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸320.6t．（結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位）
（5）除硫酸工業(yè)外，還有許多工業(yè)生產(chǎn)．下列相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)流程中正確的是B
A．向裝置中通入氮?dú)馇冶３煮w積不變
B．向裝置中通入氧氣且保持體積不變
C．添加更多的催化劑
D．降低溫度，及時(shí)轉(zhuǎn)移SO₃．

Answer 1

分析 由制備流程可知，二氧化硫與空氣發(fā)生催化氧化生成三氧化硫，利用發(fā)煙硫酸吸收后，利用水稀釋得到需要的硫酸，
（1）FeS₂的摩爾質(zhì)量是120g/mol，則4mol的FeS₂完全燃燒放出的熱量為7.2kJ×120×4=3456kJ，結(jié)合物質(zhì)的狀態(tài)書寫熱化學(xué)方程式；
（2）催化氧化在接觸室進(jìn)行，凈化為了防止催化劑中毒；
（3）溫度、壓強(qiáng)均影響平衡移動(dòng)；
（4）據(jù)明礬焙燒的化學(xué)方程式及元素守恒規(guī)律得：4KAl（SO₄）2•12H₂O～9SO₂～9H₂SO₄，以此計(jì)算；
（5）A．氮?dú)獠粎⒓臃磻?yīng)；
B．氧氣濃度增大，反應(yīng)正向移動(dòng)；
C．催化劑不影響平衡移動(dòng)；
D．溫度降低會(huì)使催化劑的活性降低，反應(yīng)速率減慢．

解答 解：由制備流程可知，二氧化硫與空氣發(fā)生催化氧化生成三氧化硫，利用發(fā)煙硫酸吸收后，利用水稀釋得到需要的硫酸，
（1）FeS₂的摩爾質(zhì)量是120g/mol，則4mol的FeS₂完全燃燒放出的熱量為7.2kJ×120×4=3456kJ，所以熱化學(xué)方程式為4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3456kJ/mol，故答案為：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3456kJ/mol；
（2）二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫在接觸室中進(jìn)行；A處氣體中含有雜質(zhì)易使催化劑中毒，且水蒸氣對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響，所以在進(jìn)入接觸室之前需凈化，
故答案為：接觸室；防止催化劑中毒、水蒸氣對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響；
（3）在反應(yīng)2SO₂+O₂?2SO₃中，SO₂轉(zhuǎn)化率較高，工業(yè)上一般不采用更高的壓強(qiáng)，因?yàn)閴簭?qiáng)越大對(duì)設(shè)備的投資越大，消耗的動(dòng)能越大．SO₂的轉(zhuǎn)化率在1個(gè)大氣壓下的轉(zhuǎn)化率已達(dá)到97%左右，在提高壓強(qiáng)，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高的余地很��；本反應(yīng)為放熱反應(yīng)，工業(yè)生產(chǎn)中不采取較低的溫度，因?yàn)闇囟仍降�，SO₂的轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化劑的催化作用會(huì)受影響，450℃時(shí)，催化劑的催化效率最高，所以選擇A點(diǎn)，
故答案為：不選B點(diǎn)，因?yàn)閴簭?qiáng)越大對(duì)設(shè)備的投資越大，消耗的動(dòng)能大，二氧化硫原料的轉(zhuǎn)化率在1個(gè)大氣壓時(shí)已達(dá)97%左右，再提高壓強(qiáng)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高余地很小，所以采用1個(gè)大氣壓；不選C點(diǎn)，因?yàn)闇囟仍降停�二氧化硫的轉(zhuǎn)化率雖然更高，但是催化劑的催化效率受到影響，450°C時(shí)，催化劑的催化效率最高，所以選擇A點(diǎn)，不選C點(diǎn)；
（4）根據(jù)明礬焙燒的化學(xué)方程式及元素守恒規(guī)律得：4KAl（SO₄）2•12H₂O～9SO₂～9H₂SO₄，二氧化硫的利用率為95%，設(shè)焙燒711t明礬可生成98%的硫酸質(zhì)量為x，則
4KAl（SO₄）2•12H₂O～9H₂SO₄，
4×474          9×98
711t×95%        x×98%
解得x=320.6t，
故答案為：320.6；
（5）A、通入與反應(yīng)無關(guān)的氣體，體積不變，壓強(qiáng)增大，對(duì)平衡無影響，且對(duì)反應(yīng)裝置無利，故A錯(cuò)誤；
B、向裝置中通入氧氣且保持體積不變，可以增大氧氣的濃度，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高，對(duì)生產(chǎn)有利，故B正確；
C、催化劑只能加快反應(yīng)速率，不能改變平衡，故C錯(cuò)誤；
D、轉(zhuǎn)移SO₃減少生成物濃度，平衡正向移動(dòng)，二氧化硫轉(zhuǎn)化率提高，但溫度降低會(huì)使催化劑的活性降低，反應(yīng)速率減慢，對(duì)生產(chǎn)不利，故D錯(cuò)誤，
故答案為：B．

點(diǎn)評(píng) 本題以工業(yè)中硫酸的制備為載體考查二氧化硫的催化氧化、化學(xué)反應(yīng)的計(jì)算、化學(xué)平衡理論的應(yīng)用等，綜合性較強(qiáng)，把握相關(guān)反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)技能為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．